Лента TH Новости Глобальные вызовы


Наномасштабные логические машины выходят за рамки двоичных вычислений

∴ 125

Ученые создали крошечные логические машины из одиночных атомов, которые работают совершенно иначе, чем обычные логические устройства. Вместо того, чтобы полагаться на бинарную парадигму переключения, используется транзисторами в современных компьютерах, новые машины с наномасштабированием физически имитируют проблемы и используют эффект случайности, который управляет поведением физических систем в наномасштабной хаотичности.

188

Группа исследователей из университетов в Бельгии, Италии, Австралии, Израиле и США опубликовала статью о новых наноразмерных логических машинах в недавнем выпуске «Nano Letters».

Наш подход показывает возможность создания нового класса миниатюрных аналоговых компьютеров, которые могут решать сложные вычислительные задачи с помощью простых статистических алгоритмов, работающих в наноразмерных твердотельных физических устройствах.соавтор исследования, Франкоис Ремакл из Льежского университета

Новые нанотехнологические машины состоят из отдельных атомов фосфора, которые точно расположены и встроены в кристалл кремния с плотностью около 200 миллиардов атомов на квадратный сантиметр. Отдельные электроны случайным образом движутся внутрь и наружу атомов за счет квантового туннелирования. Так как каждый атом может содержать один или два из этих электронов, и каждый электрон может занимать несколько различных энергетических уровней, каждый атом может занимать одно из четырех возможных состояний. Каждый атом постоянно переходит между его четырьмя состояниями в соответствии с определенным набором вероятностей, соответствующих случайному движению электронов.

Исследователи признали, что эта физическая картина может быть использована для моделирования некоторых вычислительных задач. В доказательство концепции они рассмотрели относительно простой пример, включающий поток посетителей в лабиринте, состоящем из четырех комнат, соединенных воротами. Задача состоит в том, чтобы найти оптимальное сочетание положений для открытия ворот, чтобы максимально увеличить время, которое посетители проводят в одной комнате.

Решение этой проблемы с использованием обычных вычислений требует значительных усилий, поскольку необходим анализ динамики посетителей в лабиринте для сбора информации перед тем, как попытаться оптимизировать скорость открытия ворот.

Однако, используя новые логические устройства, можно найти решение более непосредственно, потому что проблема физически воплощается в атомном «железе». Для этой конкретной задачи топология лабиринта соответствует состояниям атома, а движение посетителей соответствует туннелированию электронов.

С теоретической стороны мы продолжим разработку различных парадигм обработки информации, основанных на физике наноразмерных и молекулярных систем, уделяя особое внимание к потенциальным возможностям, следующим из их квантовой природыФранкоис Ремакл

В будущем исследователи планируют разработать другие типы нанотехнологических устройств, для реализации которых требуется точное позиционирование компонентов.

Филипп Дончев